2022屆高考物理一輪復(fù)習(xí)第11章交變電流傳感器第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生及描述教案新人教版

1、第1節(jié) 交變電流的產(chǎn)生及描述高考導(dǎo)航考點(diǎn)內(nèi)容要求高考(全國卷)三年命題情況對(duì)照分析202020192018命題分析交變電流、交變電流的圖象卷t19：高壓輸電和功率卷t20：交變電流和變壓器卷t25：熱敏電阻的使用未考查卷t25：熱敏電阻的使用卷t16：正弦交變電流的峰值和有效值1.高考對(duì)本章的考查以選擇題為主，偶爾出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)填空題，試題情景新穎，難度中等偏下。2命題熱點(diǎn)側(cè)重于交變電流的產(chǎn)生、交變電流圖象及表述(峰值、有效值、瞬時(shí)值)、理想變壓器原理及遠(yuǎn)距離輸電等。3高考對(duì)本章內(nèi)容考查命題頻率較低，但變壓器結(jié)合電路分析仍將是今后命題的熱點(diǎn)，題型一般為選擇題。正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式、峰值和有效值理

2、想變壓器遠(yuǎn)距離輸電實(shí)驗(yàn)十二：傳感器的簡單使用核心素養(yǎng)物理觀念：交變電流、瞬時(shí)值、峰值、有效值、變壓器、遠(yuǎn)距離輸電(如2020卷t19)?？茖W(xué)思維：“圖象法”“等效法”“守恒思想”“動(dòng)態(tài)分析方法” “極值法”(如2018卷t16)。科學(xué)探究：傳感器的原理及使用?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)、電能的輸送、生活中各種變壓器的應(yīng)用、傳感器的使用。第1節(jié)交變電流的產(chǎn)生及描述一、交變電流、交變電流的圖象1交變電流大小和方向都隨時(shí)間做周期性變化的電流。2正弦式交變電流的產(chǎn)生和圖象(1)產(chǎn)生：在勻強(qiáng)磁場里，線圈繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。(如圖所示)(2)兩個(gè)特殊位置的特點(diǎn)線圈平面與中性面重合時(shí)，sb，最

3、大，0，e0，i0，電流方向?qū)l(fā)生改變。線圈平面與中性面垂直時(shí)，sb，0，最大，e最大，i最大，電流方向不改變。(3)圖象：線圈從中性面位置開始計(jì)時(shí)，如圖甲、乙、丙所示。甲 乙 丙二、描述交變電流的物理量1周期和頻率：(1)周期t：交變電流完成一次周期性變化(線圈轉(zhuǎn)動(dòng)一周)所需的時(shí)間，國際單位是秒(s)。公式：t。(2)頻率f：交變電流在1_s內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)，單位是赫茲(hz)。(3)周期和頻率的關(guān)系：t或f。2交變電流的瞬時(shí)值、最大值、有效值和平均值(1)瞬時(shí)值：交變電流某一時(shí)刻的值。(2)最大值：交變電流或電壓所能達(dá)到的最大的值。(3)有效值：讓恒定電流和交變電流分別通過阻值相等的

4、電阻，如果在交流的一個(gè)周期內(nèi)它們產(chǎn)生的熱量相等，就可以把恒定電流的數(shù)值規(guī)定為這個(gè)交變電流的有效值。(4)正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關(guān)系i，u，e。(5)交變電流的平均值n，。一、思考辨析(正確的畫“”，錯(cuò)誤的畫“”)1矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生正弦式交變電流。()2線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)過程中穿過線圈的磁通量最大時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢也最大。()3矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁場方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)過中性面時(shí)，線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為零，電流方向發(fā)生改變。()4交流電氣設(shè)備上所標(biāo)的電壓和電流值是交變電流的有效值。()5交流電壓表和電流表測量的是交流電的峰值。()二、走進(jìn)教材1(人教

5、版選修32p34t3改編)如圖所示，單匝矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.01 t，線圈邊長ab為20 cm，ad為10 cm，轉(zhuǎn)速n為50 r/s，則線圈轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值為()a1102 vb3.14102 vc2102 vd6.28102 vd感應(yīng)電動(dòng)勢最大值embsbs2n6.28102 v。2(人教版選修32p35“思考與討論”改編)某交變電流的it圖象如圖所示，則其電流的有效值為()a1.5 ab2 ac a d a答案c3.(人教版選修32p34t5改編)(多選)如圖所示，閉合的矩形導(dǎo)體線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中繞垂直于磁感線的對(duì)稱軸oo勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，沿著oo方向觀

6、察，線圈沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。已知?jiǎng)驈?qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為b，線圈匝數(shù)為n，ab邊的邊長為l1，ad邊的邊長為l2，線圈電阻為r，轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為，則當(dāng)線圈轉(zhuǎn)至圖示位置時(shí)()a線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)閍bcdab線圈中的感應(yīng)電動(dòng)勢為2nbl2c穿過線圈的磁通量隨時(shí)間的變化率最大d線圈ad邊所受安培力的大小為，方向垂直紙面向里答案ac 交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律1(多選)(2019天津高考)單匝閉合矩形線框電阻為r，在勻強(qiáng)磁場中繞與磁感線垂直的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過線框的磁通量與時(shí)間t的關(guān)系圖象如圖所示。下列說法正確的是()a時(shí)刻線框平面與中性面垂直b線框的感應(yīng)電動(dòng)勢有效值為c線框轉(zhuǎn)一周外力所做的功為d從t0到t

7、過程中線框的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為bc由t圖象可知，時(shí)穿過線框的磁通量最大，則線框位于中性面，a錯(cuò)誤；線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值應(yīng)為emnbs，又，n1，bsm，則整理得em，因此感應(yīng)電動(dòng)勢的有效值為e，b正確；由功能關(guān)系可知線框轉(zhuǎn)動(dòng)一周外力所做的功等于線框中產(chǎn)生的焦耳熱，有wt，c正確；0的過程中，線框中產(chǎn)生的平均感應(yīng)電動(dòng)勢為，d錯(cuò)誤。2.(多選)如圖所示，圖線a是線圈在勻強(qiáng)磁場中勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象，當(dāng)調(diào)整線圈轉(zhuǎn)速后，所產(chǎn)生的正弦交流電的圖象如圖線b所示。以下關(guān)于這兩個(gè)正弦交流電的說法正確的是()a在圖中t0時(shí)刻穿過線圈的磁通量均為零b線圈先后兩次轉(zhuǎn)速之比為32c交流電a的瞬時(shí)

8、值表達(dá)式為u10sin(5t)vd交流電b的最大值為 vbcd在題圖中t0時(shí)刻，感應(yīng)電動(dòng)勢為零，穿過線圈的磁通量最大，a錯(cuò)誤；a的周期為0.4 s，b的周期為0.6 s，轉(zhuǎn)速與周期成反比，所以轉(zhuǎn)速之比為32，b正確；交流電的瞬時(shí)值表達(dá)式為uumsin t，所以a的瞬時(shí)值表達(dá)式為u10sin v10sin(5t)v，c正確；由umnbs，可知角速度變?yōu)樵瓉淼模瑒t最大值變?yōu)樵瓉淼?，交流電b的最大值為 v，d正確。3(多選)(2016全國卷)如圖所示，m為半圓形導(dǎo)線框，圓心為om；n是圓心角為直角的扇形導(dǎo)線框，圓心為on；兩導(dǎo)線框在同一豎直面(紙面)內(nèi)；兩圓弧半徑相等；過直線omon的水平面上方有一

9、勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直于紙面?，F(xiàn)使線框m、n在t0時(shí)從圖示位置開始，分別繞垂直于紙面且過om和on的軸，以相同的周期t逆時(shí)針勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則()a兩導(dǎo)線框中均會(huì)產(chǎn)生正弦交流電b兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的周期都等于tc在t時(shí)，兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相等d兩導(dǎo)線框的電阻相等時(shí)，兩導(dǎo)線框中感應(yīng)電流的有效值也相等bc兩導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的大小不變，選項(xiàng)a錯(cuò)誤；導(dǎo)線框的轉(zhuǎn)動(dòng)周期為t，則感應(yīng)電流的周期也為t，選項(xiàng)b正確；在t時(shí)，切割磁感線的有效長度相同，兩導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢相等，選項(xiàng)c正確；m導(dǎo)線框中一直有感應(yīng)電流，n導(dǎo)線框中只有一半時(shí)間內(nèi)有感應(yīng)電流，所以兩導(dǎo)線框的電阻相等時(shí)，感應(yīng)電流

10、的有效值不相等，選項(xiàng)d錯(cuò)誤。4圖甲為小型旋轉(zhuǎn)電樞式交流發(fā)電機(jī)的原理圖，其矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于磁場方向的固定軸oo(oo沿水平方向)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈的兩端經(jīng)集流環(huán)和電刷與電阻r10 連接，與電阻r并聯(lián)的交流電壓表為理想電壓表，示數(shù)是10 v。 圖乙是矩形線圈中磁通量隨時(shí)間t變化的圖象。線圈內(nèi)阻不計(jì)，則()甲乙a此交流發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢平均值為10 vbt0.02 s時(shí)r兩端的電壓瞬時(shí)值為零cr兩端的電壓u隨時(shí)間t變化的規(guī)律是u10cos (100t) vd當(dāng)ab邊速度方向向上時(shí)，它所受安培力的方向也向上c矩形線圈繞垂直于磁場的轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生正弦交流電，外電阻r10 ，電壓

11、表示數(shù)為10 v，說明10 v，即電動(dòng)勢最大值為em10 v，所以平均值一定比em10 v小，選項(xiàng)a錯(cuò)；根據(jù)題圖乙知t0時(shí)磁通量等于0，可判斷t0時(shí)電動(dòng)勢最大，所以電動(dòng)勢隨時(shí)間變化的規(guī)律為u emcost 10cos(100t) v，選項(xiàng)c對(duì)；將t0.02 s代入電動(dòng)勢瞬時(shí)值表達(dá)式，得u10 v，選項(xiàng)b錯(cuò)；根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流總是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以當(dāng)ab邊速度方向向上時(shí)，它所受安培力的方向向下，選項(xiàng)d錯(cuò)。1交變電流的變化規(guī)律(線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí))規(guī)律物理量 函數(shù)表達(dá)式圖象磁通量mcos tbscos t電動(dòng)勢eemsin tnbssin t電壓uumsin tsin t電流iimsi

12、n tsin t2.交變電流瞬時(shí)值表達(dá)式的書寫(1)確定正弦交變電流的峰值，根據(jù)已知圖象讀出或由公式emnbs求出相應(yīng)峰值。(2)明確線圈的初始位置，找出對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。如：線圈在中性面位置開始計(jì)時(shí)，則it圖象為正弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達(dá)式為iimsin t。線圈在垂直于中性面的位置開始計(jì)時(shí)，則it圖象為余弦函數(shù)圖象，函數(shù)表達(dá)式為iimcos t。 有效值的理解與計(jì)算1.一電阻接到方波交流電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為q方；若該電阻接到正弦交流電源上，在一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的熱量為q正。該電阻上電壓的峰值均為u0，周期均為t，如圖所示。則q方q正等于()a1 b1c12d21d根據(jù)焦耳定律知熱量與方

13、波中的電流方向的變化無關(guān)，故q方t；而正弦交流電電壓的有效值等于峰值的，故q正tt，所以，d正確。2如圖所示為一個(gè)經(jīng)雙向可控硅調(diào)節(jié)后加在電燈上的電壓，正弦交流電的每一個(gè)二分之一周期中，前面四分之一周期被截去?，F(xiàn)在電燈上電壓的有效值為()aum b c dd從ut圖象上看，每個(gè)周期正弦波形的有效值u1，根據(jù)有效值的定義：t20，解得：u，d正確。3.(多選)在勻強(qiáng)磁場中，一個(gè)100匝的閉合矩形金屬線圈，繞與磁感線垂直的固定軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過該線圈的磁通量隨時(shí)間按圖示正弦規(guī)律變化。設(shè)線圈總電阻為2 ，則()at0時(shí)，線圈平面平行于磁感線bt1 s時(shí)，線圈中的電流改變方向ct1.5 s時(shí)，線圈中的感應(yīng)

14、電動(dòng)勢最大d一個(gè)周期內(nèi)，線圈產(chǎn)生的熱量為82 jadt0時(shí)，0，故線圈平面平行于磁感線，a對(duì)；線圈每經(jīng)過一次中性面電流的方向改變一次，線圈經(jīng)過中性面時(shí)，磁通量最大，故在t0.5 s、1.5 s時(shí)線圈中的電流改變方向。在t1 s時(shí)線圈平面平行于磁感線，線圈中的電流方向不變，b錯(cuò)；線圈在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)，磁通量最大時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為0，磁通量為0時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，故t1.5 s時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢為0，c錯(cuò)；線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的最大值emnbsnmnm1000.04 v4 v，有效值e2 v，故在一個(gè)周期內(nèi)線圈產(chǎn)生的熱量qt2 j82 j，d對(duì)。1對(duì)有效值的理解(1)交流電流表、交流電壓表的示數(shù)是指有效值。(2

15、)用電器銘牌上標(biāo)的值(如額定電壓、額定功率等)指的均是有效值。(3)計(jì)算熱量、電功率及保險(xiǎn)絲的熔斷電流指的是有效值。(4)沒有特別加以說明的，是指有效值。(5)“交流的最大值是有效值的倍”僅適用于正(余)弦式交變電流。2計(jì)算交變電流有效值的方法(1)計(jì)算有效值時(shí)要根據(jù)電流的熱效應(yīng)，抓住“三同”：“相同時(shí)間”內(nèi)“相同電阻”上產(chǎn)生“相同熱量”列式求解。(2)分段計(jì)算電熱求和得出一個(gè)周期內(nèi)產(chǎn)生的總熱量。(3)利用兩個(gè)公式qi2rt和qt可分別求得電流有效值和電壓有效值。(4)若圖象部分是正弦(或余弦)式交變電流，其中的周期(必須是從零至最大值或從最大值至零)和周期部分可直接應(yīng)用正弦式交變電流有效值與

16、最大值間的關(guān)系i、u求解。 交變電流“四值”的理解和應(yīng)用交變電流的瞬時(shí)值、峰值、有效值和平均值的比較物理量物理含義重要關(guān)系適用情況及說明瞬時(shí)值交變電流某一時(shí)刻的值eemsin tiimsin t計(jì)算線圈某時(shí)刻的受力情況峰值最大的瞬時(shí)值emnbsim討論電容器的擊穿電壓有效值跟交變電流的熱效應(yīng)等效的恒定電流的值eui適用于正(余)弦式交變電流(1)計(jì)算與電流的熱效應(yīng)有關(guān)的量(如電功、電功率、電熱等)(2)電氣設(shè)備“銘牌”上所標(biāo)的一般是有效值(3)保險(xiǎn)絲的熔斷電流為有效值平均值交變電流圖象中圖線與時(shí)間軸所夾的面積與時(shí)間的比值bln計(jì)算通過電路橫截面的電荷量如圖所示，n50匝的矩形線圈abcd，ab

17、邊長l120 cm，a邊長l225 cm，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度b0.4 t的勻強(qiáng)磁場中，外力使線圈繞垂直于磁感線且通過線圈中線的oo軸以n3 000 r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈電阻r1 ，外電路電阻r9 ，t0時(shí)，線圈平面與磁感線平行，ab邊正轉(zhuǎn)出紙外、cd邊轉(zhuǎn)入紙里。(1)在圖中標(biāo)出t0時(shí)感應(yīng)電流的方向；(2)寫出線圈感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)表達(dá)式；(3)線圈轉(zhuǎn)一圈外力做功多大；(4)從圖示位置轉(zhuǎn)過90的過程中流過電阻r的電荷量是多大？審題指導(dǎo)：解析(1)線圈感應(yīng)電流的方向?yàn)閍dcba。(2)n3 000 r/min50 r/s，所以線圈的角速度2n100 rad/s。圖示位置的感應(yīng)電動(dòng)勢最大，其大小

18、為emnbsnbl1l2，代入數(shù)據(jù)得em314 v。電動(dòng)勢的表達(dá)式eemcos t314cos 100t(v)。(3)電動(dòng)勢的有效值e，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的周期t0.02 s，線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，外力做功大小等于電功的大小，即wi2(rr)t(rr)t，代入數(shù)據(jù)得w98.6 j。(4)從t0起轉(zhuǎn)過90的過程中，t內(nèi)流過r的電荷量qt，代入數(shù)據(jù)得q0.1 c。答案(1)方向?yàn)閍dcba(2)e314cos 100t(v)(3)98.6 j(4)0.1 c交變電流峰值的應(yīng)用1(多選)如圖甲所示，標(biāo)有“220 v40 w”的電燈和標(biāo)有“20 f300 v”的電容器并聯(lián)接到交流電源上，v為交流電壓表。交流電源的輸出電壓如圖乙所示，閉合開關(guān)s，下列判斷正確的是()甲乙at時(shí)刻，v的示數(shù)為零b電燈恰正常發(fā)光c電容器有可能被擊穿d交流電壓表v的示數(shù)保持110 v不變bc交流電壓表v的示數(shù)應(yīng)是電壓的有效值220 v，故a、d錯(cuò)誤；電壓的有效值恰等于電燈的額定電壓，電燈正常發(fā)光，b正確；電壓的峰值220 v311 v，大于電容器的耐壓值，故電容器有可能被擊穿，c正確。交變電流有效值和平均值的計(jì)算2.(多選)如圖所示，矩形線圈面積為s，匝數(shù)為n，線圈電阻為r，